Vor dem Urknall ?………Teil 6

Wolfgang Korsus Dipl.-Ing.NT, Astrophysiker

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Mal sehr trivial betrachtet………Furcht vor Einsamkeit brauchten diese Quarks nicht zu haben. Sie konnten sich an einer enormen Gemeinschaft weiterer Quarks erfreuen.

In dem wahrhaften Gewühl der sogenannten „Urmaterie“ ist jedes Quark völlig frei: denn ihre Bewegung wird ihnen von nichts eingeschränkt. Noch einfacher…..Es ist noch kein Vakuum vorhanden !…..und während es in einem Nukleon mit seinen beiden „Partnern“ stetig verkoppelt ist…..absolut keine bekannte Kraft wird sie je trennen können.

( dafür sorgt ja das Quark confinement)

Das bedeutet, es kann sich also über  genügend ausgedehnte Bereiche sehr frei bewegen. Aber immer begleitet von neuen Partnern.

Diese Urmaterie muß auch einen Namen bekommen, und der ist ganz einfach:                             

           

                                                         <Quark-Plasma>

Seid gewisser Zeit versucht man In verschiedenen Projekten der experimentellen Großforschung dieses Plasma im Labor zu erzeugen. Ich weise gern auf noch einen weiteren wesentlichen Aspekt kleinster Urteilchen hin. Betrachten wir ihn.

  1. warum besteht ein Nukleon aus eben nur drei solcher Quarks und nicht aus mehreren?
  2. Warum wächst die Größe eines Kerns mit der Zahl der darin enthaltenen Nukleonen an?

Anscheinend muss man davon ausgehen, dass man in einem Raumelement nicht beliebig viele Teilchen unterbringen kann.

Denn letztendlich fordert jedes der Materieteilchen immer seinen eigenen, nur ihm vorbehaltenen Raum, wie klein dieser auch sein mag; und eins steht fest:

……und ich sage, die Summe all dieser Räume mit den darin residierenden Teilchen ist nichts anderes als die uns bekannte „Materie“. Ich nenne sie mal „territoriale“ Teilchen und es gibt sie in der modernen Physik. Ihre besondere Eigenschaft, sie dulden in ihrer Nähe kein anderes identisches Teilchen -quasi in ihrem Raum: Elektronen, Nukleonen und – als Bestandteile der Nukleonen – eben auch die Quarks.

Nun betritt Wolfgang Pauli die Physikalische Weltbühne. Er hat schon 1925 ein allgemeines „Ausschließungsprinzip“ formuliert. Es sagt aus: Am exakt gleichen Ort können keine zwei in jeder Hinsicht identische Teilchen in dieser Art existieren!

Dieses Prinzip hat eine Konsequenz die da heißt, Atomkerne werden mit zunehmendem Gewicht, also zunehmender Nukleonenzahl, immer größer.

Nochmal damit es besserer haften bleibt. Zunehmende Nukleonenzahl = zunehmende Kerngröße. Das Beispiel ist der Goldkern, er enthält 200 Nukleonen, ein Helium-Kern nur vier.

Ich schließe aus dem vorher gesagten, Nukleonen bestehen einfach auf ihren Raum. Was nichts anderes bedeutet als das der Gold-Kern dementsprechend größer ist als ein Helium-Kern. Und ergänzend sei eben aus der Physik hinzugefügt auch das Ausschließungsprinzip basiert auf Symmetrie-Argumenten. Zurückgreifend auf die Quantentheorie sage ich also…..das Auswechseln von zwei identischen Teilchen am gleichen Ort, führt nicht auf den gleichen Zustand, sondern immer auf den „Gespiegelten“

Der einfache Austausch solcher identischen Teilchen ist halt ununterscheidbar. Andrerseits ist jedoch ein gegebener Zustand nicht identisch mit seinem gespiegelten, denn schaut mal hin bei einem kurzen Test :

Aus dem rechten Arm wird im Spiegel eindeutig der linke! …..und daraus läßt sich schließen, dass zwei identische Materieteilchen am gleichen Ort in der Quantentheorie bestimmt nicht erlaubt sind. Teilchen mit einer solchen Symmetrie-Eigenschaft haben selbstverständlich auch einen Namen. Sie werden heute ganz allgemein Fermionen genannt.

Es war der berühmte italienische Physiker Enrico Fermi, der die Grundlagen für die Physik dieser Teilchen entwickelt hat.

Nach meiner Meinung war er einer der Letzten, der absolut wesentliche Beiträge sowohl zur Theorie wie auch zur Experimentalphysik geliefert hat; denn es ist sicher, er war am Anfang des Zweiten Weltkrieges maßgeblich an der Entwicklung des ersten Kernreaktors beteiligt. Enrico Fermi (1901–1954)

Ich sage deshalb, Materie besteht also prinzipiell aus Fermionen, die aber miteinander in Wechselwirkung stehen. Einstein sagt selbstverständlich auch etwas dazu, nämlich, eine unmittelbare Fernwirkung gibt es nicht.

Jetzt bekommen die Elektronen auch ihren „Interesse-Teil ab“. , sie Wechselwirken miteinander, dann muß das Eine dem Anderen ein Signal senden. Natürlich erfolgt die Übertragung dieses Signals mit einer endlichen Geschwindigkeit, nämlich mit Lichtgeschwindigkeit.

Noch einfacher dargestellt, es wird ein Bote, sprich Lichtpartikel oder besser Photon ausgesendet. Das erreicht das Zweite nach einer endlichen Zeit….und somit wird eine gewünschte Information übermittelt. Das nennt der Physiker : Elektron-Wechselwirkung durch Photonaustausch.

Wie schon darauf hingewiesen, die zweite Grundform von Teilchen sind deshalb die Kraftteilchen, sie vermitteln den Informationsaustausch zwischen den Fermionen und bilden auch den „Kleber“ für die Konstruktion von Materie. Ein abzählbarer struktureller Bestandteil der Materie sind sie nicht; insofern benötigen sie auch keinen eigenen Raum. Die Anzahl von Kraftteilchen in einem gegebenen Volumen unterliegt auch keiner Beschränkung.

Führt man in einem gegebenen Zustand von zwei solchen Teilchen eine Vertauschung durch, erhält man wieder den gleichen Zustand.

Teilchen mit dieser Symmetrieform nennt man Bosonen, nach dem bengalischen Physiker Satyendra Nath Bose, und jetzt zu einer sehr kurzen Erklärung.

Bosonen sind die Elementarteilchen die gewöhnlich für die Übertragung von Kräften zuständig sind. Alle Bosonen haben einen ganzzahligen Spin. Sie unterliegen nicht dem Pauli-Prinzip. Das bedeutet, dass viele Bosonen denselben quantenmechanischen Zustand besiedeln können.

Bosonen unterscheiden sich von den Fermionen in der Funktion ihrer Wellenfunktionen. Ihre Wellenfunktin ist gegenüber Vertauschungen symmetrisch. Wenn man also von einer Ansammlung von vielen Bosonen zwei Teilchen gegeneinander austauscht, dann ändert das an der Wellenfunktion nichts. Bei Fermionen dagegen ändert die Vertauschung das Vorzeichen der Wellenfunktion.

Kommen wir wieder auf Nath Bose zurück, der 1927 als junger Wissenschaftler in Kalkutta die wesentliche Symmetrie der Photonen bestimmt und seine Ergebnisse an Einstein geschickt hatte. Es muß unbedingt erwähnt werden, denn es ist typisch für den Einstein. Er erkennt unmittelbar die genialen Auswirkungen von Boses Untersuchungen, übersetzte „dessen Arbeiten“ in die Deutsche Sprache und es bleibt nicht aus, er veröffentlichte sie in Deutschland unter Boses Namen.

Weiter geht‘s, die folgenden verwandten Kraftteilchen sind die Vektor-Bosonen der schwachen Kernkraft

Neben den Photonen kennt man heute als verwandte Kraftteilchen die Vektorbosonen der starken Kernkraft.  Sie machen den radioaktiven Zerfall von schweren Kernen, wie etwa Uran, erst möglich……..und wie sollte es anders sein, Im Bereich der starken Kernkraft also bei der Wechselwirkung der Quarks, übernehmen die Gluonen diese Rolle.

Diese ermöglichen die Bindung von Quarks zu Protonen oder Neutronen; näheres folgt.

Es folgt, so wie es sich gehört, eine „Mini-Zusammenfassung“. Die Grundformen von Teilchen sind somit Fermionen und Bosonen; denn die einen bilden Materie, die anderen vermitteln und verkünden die Wechselwirkung zwischen den Grundbausteinen der Materie.

Jetzt gehört es sich zu einem wahrhaftigen Traum vieler Wissenschaftler kurz Stellung zu nehmen, das mache ich hiermit.

-Es ist der Traum von einer einzigen Urform ! –

Also stelle ich mal die Frage!

„ Wäre es nicht möglich, dass Fermionen und Bosonen die Nachfahren einer einzigen Teilchensorte sind?“

Die beiden jetzigen Formen von denen wir gerade gesprochen haben- unterscheiden sich, und zwar wie wir feststellen konnten, durch ihr Verhalten bei der Vertauschung von zwei gleichen Teilchen am gleichen Ort:

  • die Fermionen gehen dann in den gespiegelten Zustand über,
  • die Bosonen in den gleichen,,                                                                                                          

Die Teilchen der gesuchten sogenannten allumfassenden Theorie sollten also beides erlauben. Diese nur ansatzweise untersuchte Theorie läuft unter dem Namen Supersymmetrie, mit der Kurzform SUSY. Weiterhin sagt es sich, das es dieser Theorie in der frühesten Phase des Universums möglich gewesen ist, Fermionen in Bosonen zu verwandeln, und umgekehrt.

………….Es folgt Teil 7


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